抛光机、复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法技术

本发明专利技术公开了一种抛光机、复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法，通过将激光抛光技术引入高熵合金增材制造领域，一方面解决了高熵合金打印件硬度极高，粗糙度大，用传统抛光后处理方式费时费力的问题；另一方面还使得复杂结构的高熵合金打印件也能够被抛光，拓展了粉末床熔融成型高熵合金打印件的应用市场，而且激光抛光的引入还有利于改善抛光工作的环境，实现自动化生产。本发明专利技术将大面积粗抛光、表面微抛光、超短脉冲冷抛光三种光源结合，采用先粗抛光，再表面微抛光，最后采用超短脉冲冷抛光的顺序，在保证抛光效率的前提下，同时能够达到非常高的表面粗糙度要求，使高熵合金这种高性能的新材料能够更快得到应用。这种高性能的新材料能够更快得到应用。这种高性能的新材料能够更快得到应用。

【技术实现步骤摘要】
抛光机、复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法


[0001]本专利技术属于增材制造表面后处理
，具体涉及一种抛光机、复合激光抛光及修复高硬度难熔高熵合金增材制造成型件的方法。

技术介绍

[0002]随着高端装备制造技术的不断进步，先进的高度复杂和精密的热、动力机械对复杂结构高耐温部件的制造，在性能和表面质量上提出了更高的要求。尤其是在国防军工，航空航天领域，有非常多的关键零部件需要长期工作于极高的温度条件下，并且对零件的表面质量，外观和寿命都有极为严格的要求。粉末床熔融成型经过几十年的发展，非常适合用来成型复杂结构的金属零件。而难熔高熵合金采用W，Mo，Nb，Ta，V等高熔点元素，按照原子近等摩尔或等摩尔比混合，被认为具有耐高温，高强度，高硬度等等优良综合性能。利用粉末床熔融成型高熵合金来制造高精度，耐高温的关键零部件被广泛认为是极有潜力的。但是通过粉末床熔融成型零件的表面粗糙度一般为15μm—50μm，远大于传统方式加工的零件，而且通过粉末床熔融成型的难熔高熵合金打印件，常常产生裂纹、孔隙等缺陷，并且零件通过机械抛光等后处理手段仍然很难满足现代工业的要求。原因主要有以下四点：
[0003]1、难熔高熵合金不仅能够耐高温，而且还常常拥有极高的硬度，采用传统机械抛光需要使磨具的硬度再大于高熵合金的硬度，否则磨料损耗很大，需频繁更换磨料，耗时耗力，给机械抛光等传统抛光方法带来极大的难度，大大延长抛光所需要的时间，影响生产效率。
[0004]2、传统对粉末床熔融成型件进行机械抛光、喷丸等，其抛光场所存在粉尘、废气、噪音等污染，工作环境都较差，且不可避免地需要人工的参与，难以实现现代化，自动化的生产。
[0005]3、粉末床熔融成型能够生产结构复杂的零件，如果用传统的机械抛光手段进行抛光，需要复杂的多轴机床联动才能实现对结构内部或者复杂结构的零件抛光，多轴机床设备昂贵，且操作复杂，所以抛光非常困难，严重影响高熵合金打印件的抛光效率和市场化应用。
[0006]4、粉末床熔融成型的高熵合金打印件常常带有裂纹、孔隙等缺陷，这些缺陷的存在会使打印件的性能大大降低。并且如果仅仅使用传统抛光方式作为后处理手段，如：机械抛光、电化学抛光等等，对于缺陷的修复是极为有限的，从而造成高熵合金打印件难以得到广泛应用。
[0007]鉴于以上四点原因，优异性能的高熵合金粉末床熔融成型件很难实际应用到市场中。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种抛光机、复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法，为高熵合金粉末床熔融成型件的抛光后处理过程提供了新的解决方法，有利于高熵合金打印件
的市场化应用。
[0009]为达到上述目的，本专利技术所述一种封闭式激光抛光机，包括密封舱，所述密封舱顶部设置有粗抛光激光器、微抛光激光器和超短脉冲冷抛光激光器，所述密封舱下部安装有用于夹持被加工工件的夹持器；所述粗抛光激光器的波长和脉宽均大于微抛光激光器的波长和脉宽，所述超短脉冲冷抛光激光器的脉宽为皮秒级及以下。
[0010]进一步的，述夹持器通过支撑杆安装在密封舱中。
[0011]进一步的，密封舱内设置有氧含量检测器。
[0012]一种基于上述封闭式激光抛光机的复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，将高熵合金制件安装在夹持器上；
[0014]步骤2，关闭封闭式激光抛光机的密封舱，并使其气密性符合要求；
[0015]步骤3，向密封舱内通入氩气；
[0016]步骤4，打开粗抛光激光器，使其对准高熵合金制件的起始加工位置；
[0017]步骤5，将粗抛光激光器的功率调节至目标功率，开始沿预设路径对高熵合金制件抛光，用粗抛光激光器抛光高熵合金制件后，关闭粗抛光激光器，使被加工工件冷却；
[0018]步骤6，打开微抛光激光器，调整激光起始加工位置；
[0019]步骤7，将微抛光激光器功率调节至目标值，开始沿与步骤6中相同路径抛光高熵合金制件5，抛光完成后，关闭微抛光激光器，使被抛光的高熵合金制件冷却；
[0020]步骤8，开启超短脉冲冷抛光激光器，将激光位置调到被抛光表面的起始加工位置；
[0021]步骤9，将超短脉冲冷抛光激光器功率调节至目标值，开始沿和步骤6中相同的路径进行冷抛光，去除微抛光后高熵合金制件表面残存的凸起。
[0022]进一步的，步骤3中，向密封舱内通入氩气，直至密封舱内的氧气浓度降到200PPm以下。
[0023]进一步的，步骤4中，使粗抛光激光器对准高熵合金制件的起始加工位置时，将粗抛光激光器功率调至最小值。
[0024]进一步的，步骤5中，在目标功率下，激光的能量密度大于高熵合金制件的烧蚀阈值，且熔池深度大于高熵合金制件表面凹陷处深度。
[0025]进一步的，步骤7中，微抛光激光器的功率小于步骤5中粗抛光激光器的功率，熔池厚度小于被抛光面表面凸起到凹坑的距离。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0027]本专利技术所述的装置，将粗抛光激光器、表面微抛光机关器和超短脉冲冷抛光三种光源结合，粗抛光激光器、表面微抛光机关器和超短脉冲冷抛光三种光源可移动的安装在密封舱中，可采用数字化控制激光抛光，利用计算机控制，支撑杆移动就可以实现不需要人力参与的自动化抛光，并且激光抛光不会产生粉尘、噪音等污染，大大改善抛光作业的工作环境，并有望实现高熵合金制件从打印成型到后处理抛光的全自动化流水线生产，大大提高高熵合金制件的生产效率。
[0028]本专利技术将激光抛光技术，引入到高硬度难熔高熵合金增材制造的后处理领域，利用激光抛光技术应用范围广，精度高，非接触，可实现自动化，经济环保，生产率高等优点，
解决传统方式抛光高熵合金打印件存在的时间长、难以实现自动化、难以对结构内部或者复杂结构的零件抛光以及对缺陷的修复能力低等问题。且利用激光抛光就不需要考虑材料硬度的问题。
[0029]高硬度难熔高熵合金通常可以采用粉末床熔融技术增材制造出来，增材制造可以成型一些具有复杂结构的制件，而利用数字控制激光抛光技术就可以非常轻松地抛光这些复杂结构。
[0030]本专利技术所述的方法，采用大面积粗抛光、表面微抛光和超短脉冲冷抛光三种光源结合，按照先粗抛光，再表面微抛光，最后采用超短脉冲冷抛光的顺序，在保证抛光效率的前提下，同时能够达到纳米级的表面粗糙度要求，为具有高性能的难熔高熵合金打印件作为耐高温关键零部件应用到航空航天，军工国防等领域创造了条件。
[0031]进一步的，高硬度难熔高熵合金通常采用粉末床熔融成型，这样成型出的高熵合金制件表面粗糙度非常高，表面粗糙度一般为15μm—50μm，制件表面有较大的起伏，单纯采用一次激光抛光很难获得较好的表面质量，一般需要机械抛光预处理，再进行激光精抛光，而由于制件的硬度过大，机械抛光非常困难。而本专利技术先利用长波长，长脉宽的粗抛光激光进行大面积快速粗抛光，去除制件表面的大起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封闭式激光抛光机，其特征在于，包括密封舱(1)，所述密封舱(1)顶部设置有粗抛光激光器(2)、微抛光激光器(3)和超短脉冲冷抛光激光器(4)，所述密封舱(1)下部安装有用于夹持被加工工件的夹持器(6)；所述粗抛光激光器(2)的波长和脉宽均大于微抛光激光器(3)的波长和脉宽，所述超短脉冲冷抛光激光器(4)的脉宽为皮秒级及以下。2.根据权利要求1所述的一种封闭式激光抛光机，其特征在于，所述夹持器(6)通过支撑杆(7)安装在密封舱(1)中。3.根据权利要求1所述的一种封闭式激光抛光机，其特征在于，所述密封舱(1)内设置有氧含量检测器。4.一种基于权利要求1所述封闭式激光抛光机的复合激光抛光及修复高熵合金增材制件的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将高熵合金制件(5)安装在夹持器(6)上；步骤2，关闭封闭式激光抛光机的密封舱，并使其气密性符合要求；步骤3，向密封舱(1)内通入氩气；步骤4，打开粗抛光激光器(2)，使其对准高熵合金制件(5)的起始加工位置；步骤5，将粗抛光激光器(2)的功率调节至目标功率，开始沿预设路径对高熵合金制件(5)抛光，用粗抛光激光器(2)抛光高熵合金制件(5)后，关闭粗抛光激光器(2)，使被加工工件冷却；步骤6，打开微抛光激光器(3)，调整激光起始加工位置；步骤7，将微抛光激光器(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，孙啸宇，蔡江龙，赵懿臻，耿佳乐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：